uçak nasıl uçuyor

Hücum açısı, uçağın performans limitlerini anlamada önemli bir aerodinamik parametre anahtarıdır. Son dönem havacılık kazaları ve olayları ticari havacılık açısından öncelikli olarak yeni uçuş eğitim programlarında “hücum açısı” (AOA-Angle Of Attack) olayına daha fazla önem verilmesini sağlamıştır. (Angle Of Attack) hücum açısı uyarımı, uçağın uçabileceği en düşük limit hızın pilotun uyarımı açısından hayatı bir önem arzetmektedir. Normal uçuş operasyonunun uçuş ekibi tarafından başlanabilmesi için bu gereklidir. Birçok Boeing modelinde temel olarak AOA uyarımı bir kaç değişik yolla pilotu uyarmaktadır. Stick shaker (levye titreşimi), airspeed tape (hız uyarımı) ve pitch limit indikator (tırmanış-dalış limit indikasyonu) bunlardan bazılarıdır. Boeing ayrıca uçuş ekibini bilgilendirmek için ana uçuş displayine yerleştirmek üzere bir ADA indikatörü geliştirmiştir.
Havacılık tarihinin ilk günlerinden itibaren uçağın performansını, kontrolunu ve dengesini sağlamada hücum açısı (AOA), havacılık mühendisliği açısından bir anahtar görevi görmüştür. Bu konuyla ilgili yazılmış olan kitaplar ve makaleler “hücum açısını” bir çok yönden ele alıp incelediği gibi, uçuş ekipleri için de iyi bir yol gösterici olmuştur. AOA (Angle Of Attack) göstergeleri bir çok yıllar askeri uçaklarda kullanılmıştır. Böyle olmasına karşın bu tip göstergelerin ticari uçaklarda kullanılması pek sık olmamıştır.
Boeing’in halihazırdaki üretim bandında bulunan uçaklarında AOA sistemi stall warning’i (minimum uçak tutunma sürati) lövyeyi sallayarak (stick shaker), sürat saatindeki stall marjin bilgisini ve uçak durum gösterisindeki (primary altitude displays) pitch limit indikatörü (dalış-tırmanış limit göstergesi) PLI’yi beslemeye yarar. AOA bilgisi diğer uçuş kumandaları bilgilerine ek olarak uçuş ekibi indikatörlerinde gösterilmektedir.

Son zamanlara Primary Flight Display (PFD-Öncelikli uçuş bilgileri indikatörün)nce gösterilen AOA göstergesi havayolları müşterileri istekleri dahilinde ortaklaşa olarak geliştirilmektedir. Yeni geliştirilen AOA göstergeleri, Boeing serisi uçakların 737-600/700/800/900, 767-400 ve B777 modelleri için önerilmektedir.

1- AOA Temel Prensipleri
AOA (Angle Of Attack-Hücum Açısı) uçağın performansını ve uçuş bilgisini anlamada en önemli parametrelerden biridir. Stall veya kaldırma kuvvetindeki kayba bağlı olarak kanadın altındaki hava akışı ile üstünden geçen hava akışı birbirine bağlantılı olarak değişecektir. Buda AOA’ın çok yüksek olmasıyla açıklanabilir. Böylece oluşabilecek bir stall durumu hızın ani düşüşü (uçağın ağırlığı, yükleme faktörleri veya dengesine bağlı olarak) veya uçağın durum açısına bağlı olarak ortaya çıkacaktır. Bununla beraber diğer bir çok parametrelerde üretilmiş olan bir kanadın kaldırma kuvvetine de etki gitmektedir. Bunlara en temel örnek olarak flapları, slatları veya spoil’leri verebilirsiniz.

Hücum açısı (AOA); uçağa gelen hava veya izafi rüzgarla, uçağın veya kanadın referans olarak verilen hatla arasındaki açıdır. Bazı durumlarda bu referans hat flap ve slatla bağlantılı olarak kanatta ortalama bir noktanın hattıdır. Bir çok ticari jet uçakları bu referans hattını gövde merkez hattını veya uzunlamasına ekseni bir hat olarak kullanır. Bu referans hat verimli kullanıldığı sürece neyin referans hat olarak alındığı farklılık yaratmaz.

Hücum açısı, zaman zaman picth angle (tırmanış-dalış açısı) veya flight path angle (uçuş hattı açısı) ile karıştırılmaktadır. Picth angle (tırmanış dalış açısı) uçağın uzunlamasına ekseni ile yerkürenin yatay ekseni arasındaki açıdır. Bu açı durum göstergesinde veya suni ufuk göstergesinde gösterilir. Uçuş hattı açısı iki şekilde açıklanabilir. Aerodinamik uzmanlarına göre bu açı uçuş hattı vektörü ile lokal atmosfer arasındaki açıdır. Uçuş ekibine göre ise; uçuş hattı vektörü ile lokal atmosfer arasındaki açı olarak bilinse bile, aynı zamanda aynı tırmanış açısı olarak da bilinir. Hava kütlesi referanslı ve atalet referanslı uçuş hattı açıları, sadece durağan havada, yani herhangi bir hava hareketinin (rüzgar vb.) olmadığı durumlarda eşittir. Yeni teknolojik ticari jet uçaklarında bu açı ana uçuş ekranında yerden referans alınıp hesaplanarak gösterilir. AOA, picth angle (dalış-tırmanış açısı) ile flight path angle (uçuş hattı açısı) birbirlerine göre farklıdr. Dalış-tırmanış açısı AOA ve uçuş hattı açısı aralarındaki ilişki nedeniyle uçak eğer uçuş hattı açısı düşük olsa ve burnu ufuk altında kalsa bile çok yüksek bir AOA açısına ulaşabilir.

2- Uçak Performansı ve AOA
Kalkış rotasyonunda dalış-tırmanış açısı kuyruk kleransını emniyete alan en kritik parametredir. Uçak havalandıktan ve yer rüzgarları veya yan rüzgar sensörlerini etkilemeyecek bir seviyeye ulaştıktan sonra, hücum açısı sensörleri geçerli ve doğru bilgiyi gerekli parametrelere sağlayacaktır. Kalkış boyunca, kalkış performansını garanti edebilecek bir uçuş için tek bir AOA hedefi yoktur. Kalkış-tırmanış hücum açısı; uçağın ağırlığına, motor gücüne, flap değerine ve denge durumuna bağlı olarak değişecektir. Kalkış-tırmanış hızı bu nedenle stall hızına kuyruk kleransına ve en düşük kontrol edilebilir hıza bağımlı olarak limitlendirilecektir. Uygun bir kalkış performansına ulaşmanın anahtarı, uçuş hızına varabilmekten geçer. Yani kalkış performansı uçuş hızıdır. Kalkış hattında hesaplanmış temel uçuş hızları kalkış kleransı için bir garanti oluşturacaktır. Kalkış rotasyonunda ulaşılan VR ve V2 hızları uçağın 35 feet yüksekliğe ulaştığı yükseklikteki hızdan daha düşük süratlerdir. Bununla birlikte uçağın burnu aşağı doğru tutulursa ve uçak yüksek süratlere doğru hızlanırsa kısa mesafe tırmanış performansından vazgeçilmiş olunacaktır.

Düz uçuş menzili uçağın hem aerodinamik hem de motorlara yakıt akışı karakteristiğinin bir fonksiyonudur. Aerodinamik olarak en düşük sürtünme noktası L/D’nın en yüksek olduğu noktada meydana gelir. Fakat bu değer her iki AOA sensör ve mach süratine bağlı olacaktır. Yani mach sürati değiştikçe, optimal AOA sensi de değişecektir.

Motorlardaki yakıt akış karakteristiği AOA’dan etkilenmeyecektir. Fakat dolaylı olarak Mach sürati için gerekli güç ve sıcaklığa bağlı olarak etkileşim olacaktır. Kanat ve motor karakteristiklerine bağlı olarak, bir mildeki harcanan yakıt mach süratine en fazla etken olarak kabul edilir.

Şekil’de (S-32) 757-200 tipi uçağın 35.000 feet’de toplam ağırlık ve mach süratine bağlı olarak yakıt karakteristiği görülmektedir. Şekilden de anlaşılacağı gibi, optimal uzun mesafe, seyir mach hızı uçağın toplam ağırlığının değişimine bağlı olarak fazla etkilenmemektedir. Bu tabloda ilaveten sabit 2 hat bir AOA açısını görebiliriz. Açıkça anlaşılmaktadır ki, sabit bir AOA açısı ile uçmak optimal bir performans sağlamaz. Eğer uçuş ekibi hedef bir AOA açısı ile uçmayı deneseydi, toplam yakıt harcamasındaki hata payı %3 civarında olacaktı.

Sonuç olarak yaklaşma sürati iniş performansı açısından oldukça önemlidir ve uçağın sertifikasyon işlemleri açısından, daha çok dikkate alınır. Bu sürat sadece stall süratinin üzerinde bir marj ile saptanmadığı gibi, aynı zamanda minimum kontrol sürati ve touchdown’daki kuyruk kleransını da dikkate alır. Kurallar gereği yaklaşım hızı stall süratinin altında olamaz.